USB技术在现场校验仪中的应用

发布于：2006/9/7 9:40:02 | 409 次阅读

[转载]原文链接：

摘要：讨论通用串行总线(USB)技术应用于便携式电能表现场校验仪的可行性，并介绍了系统的硬件、固件、设备驱动程序以及应用程序的设计方法，给出了其性能测试结果。
关键词：USB；现场校验仪；接口芯片

Application of USB Technology in ONsite Testing Equipment of E nergy Meter
WANG Xinya1, GUO Hongbin1, LI Xiangrong1, WU Yunzhi2
(1.Henan Star Hitech co., Ltd, Zhengzhou 450001, China;
2.Zhengzhou School of Industry & Trade, Zhengzhou 450007, China)
Abstract: Here we discussed the possibility of useing the USB te chnology in Testing equipment of energy Meter, and then introduced how to design the hardware、 firmware、 driver、 applications and so on.
Key words: USB; onsite testing equipment of energy meter; inte rface chip

电能表现场校验仪是一种在现场校验安装式电能表误差的计量检查仪器。随着电力系统数字化营销的推广，对电能表现场校验仪(以下简称现校仪)的功能有了新的要求，即要求现校仪具有大容量的测试结果存储能力、同电力MIS管理系统通讯的能力。

现在市场上的同类产品多采用RS-232方式通讯，但这种产品已渐露弊端。首先，RS-232在当前微机规范中逐渐隐退。第二，现场校验产品已经朝着多功能的方向发展。已不单一的检查表误差，许多CT/PT负荷、二次压降、谐波分析、波形图、负荷曲线等功能都已经整合到现场校验产品当中。功能的增加意味着存储数据的急剧膨胀，而RS-232低的传输速率和难以保证通讯可靠性的特点决定了它不再是一个合适的解决方案。第三，采用RS-232方式的现校仪在和PC通讯的时候必须外加电源。

经过比较论证发现，USB作为近年出现的一种代表微机接口发展方向的新型总线规范，其便捷易用、速度快、可靠性高等特点，使之非常适合作为现校仪的接口。目前大多数台式计算机都具有四个以上的USB端口，笔记本电脑也都有两个以下的USB端口，USB规范规定每个端口提供5V、500mA的电量也恰好可以提供给现校仪而无须增加外接电源。

1 PDIUSBD12芯片

USB本身的控制协议较为复杂，需要使用相应的USB接口芯片。本设计采用了Philips公司的PDIUSBD12(简称D12)，其优点是可以选择合适的微控制器及其开发系统进行外设开发。

D12内部集成了串行输入引擎(SIE)、320字节的多结构FIFO存储器、收发器以及电压调整器，支持DMA方式，采用双缓冲区技术，遵从USB1.1标准。芯片中串行输入引擎(SIE)模块起着至关重要的作用，完成所有USB协议层功能，如同步模式识别、并/串转换、位填充/解填充、CRC检验/产生、包PID产生/确认、地址识别、握手信号包响应产生等。另外，D12还集成了SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等特性，提高了系统的性价比。

1.1 引脚功能

PDIUSBD12的引脚排列如图1所示，功能如下：

VCC：接+5V电源；GND：接地；如要使器件工作在3.3V，则VCC、Vout3.3都为3.3V。DATA〈0〉～DATA〈7〉：双向数据总线。ALE：地址锁存使能。在多路地址数据总线中，下降沿关闭地址锁存；在单地址/数据总线配置中接地。CSN：片选端，低电平有效。SUSPEND：器件处于挂起状态，高电平有效。CLKOUT：可编程时钟输出。INTN：中断输出，低电平有效。RDN、WRN：读/写使能。DMREQ：DMA请求。DMACKN：DMA应答，低电平有效。EOTN：DMA传输结束，低电平有效；EOTN仅当DMACKN和WRN或RDN一起激活时才有效。RESETN:复位端，低电平有效；使用片内复位电路时接高电平。GLN：Goodlink LED指示器，低电平有效。XTAL1、XTAL2：晶振连接端，可采用外部时钟信号代替晶振。D+、D-：USB数据线。A0：A0=1选择命令指令，A0=0选择数据；该位在多路地址/数据总线配置时可接高电平。

1.2 命令汇总

PDIUSBD12芯片中集成了串行输入引擎(SIE)模块，它完成所有USB协议层的功能、大大简化了USB的固件开发，开发人员只需使用D12提供的命令即可。D12命令如1表所示。

2 PDIUSBD12与P89C51RD2的接口

思达公司生产的电能表现场校验仪中使用P89C51RD2作为主控制器。P89C51RD2是Philips公司生产的51增强型的CPU，它除具备标准51的功能外，在片内集成了64KB FLASH和1KB RAM，可以在20MHz外频下以每机器周期为6个时钟周期的速度运行。P89C51RD2与PDIUSBD12的接口方法见图1。

由图可知P89C51RD2通过IO口同D12的片选、地址位信号相连，外部中断响应来自D12的中断请求，D12的操作地址可以任意指定。

3 PDIUSBD12的固件编程

所谓固件程序就是固化在程序存储器中的程序代码。本系统存储在P89C51RD2的Flash存储器中，固件开发使用Keil C51语言，开发平台为μVision2集成开发环境。

本设计参考了Philips公司提供的D12固件程序范例，对USB协议操作的相关代码直接移植使用，而数据采集、传输、存储等部分则自主开发。

固件程序结构如图2所示。硬件抽象层对D12的数据读、写以及各种指令的写入进行函数封装；D12命令接口层对D12的所有控制指令的函数进行封装；USB向量请求模块完成USB上电配置、向量请求等各类事件的响应处理；USB协议层包括对USB协议操作的封装以及对USB标准请求的响应；中断服务进程包括USB中断、ADC中断等。

当D12有事件需要处理时，将触发微控制器外部中断0，微控制器读取D12的中断状态寄存器，判断中断的来源并作出相应的处理。若由数据端点触发，则相应地读取或写入数据；若由控制端点0触发，则判断请求的类型。标准请求由USB协议处理模块处理，用户自定义向量请求由USB向量请求模块处理。

有关固件编程的细节见参考文献［2］的描述。

4 PDIUSBD12 PC端驱动开发

在Windows环境下，USB设备驱动程序遵循WDM(Win32 Driver Mode)方式。为了简化设计，并兼顾驱动程序的运行效率，笔者选用了DriverStudio2.7工具软件中的DriverWorks组件进行USB设备驱动程序的开发。DriverWorks为WDM设备驱动程序的开发提供了完善的支持。其中包含一个非常完善的源代码生成工具DriverWizard以及相应的类库和驱动程序范例，它还支持在C++下进行设备驱动程序的开发。通过DriverWizard生成的代码只需要进行少量的修改就可以使用，这使得驱动程序开发者可以将精力集中在驱动功能的实现上，而不必理会太多的WDM开发细节。

本设计在DriverWizard的自定义了四个IOCTL接口对USB设备进行控制，如表2所示。然后在自动生成的驱动程序代码中向相应的IOCTL函数添加代码，用函数BuildVerdorRequest构建USB协议的自定义向量请求(Vendor Request)。由编译修改后的源代码即可得到驱动程序文件McaD12.SYS。

5 结束语

我们已成功地将USB技术应用在一款现场校验产品上。测试仪器通过USB向PC传输的速率达到12～14kbyte/s。经过长期测试知，该通讯方式传输率高、容错性强，方便使用，整个开发过程获得了成功，并具有一定的创新性。对本系统编译稍加修改便可应用于其他基于微机的数据采集、自动化测控系统中。

参考文献
［1］周立功.PDIUSBD12 USB固件编程与驱动开发［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003.
［2］PHILIPS.Firmware programming Guide for PDIUSBD12 Version 1.0［Z］.2001.
［3］PHILIPS.PDIUSBD12 USB Interface Device with Parallel Bus［Z］.2001.

中国电子市场网曹涵推荐

参与讨论

登录后参与讨论

//评论区

推荐阅读

智能网联汽车国际标准法规协调专家组（HEAG）召开工作会议

近年来智能网联汽车快速发展，新技术不断涌现，与相关产业融合度持续提升，正在推动全球汽车产业发生深刻变革。为应对此种形势，欧、美、日等汽车工业发达国家和地区都加大了智能网联汽车的国际标准法规协调的参与力度，在联合国世界车辆法规论坛(UN/WP.29)和国际标准化组织(ISO)层面，智能网联汽车相关国际标准法规协调活动正快速推进。为更有效地支撑上述组织的国际标准法规协调活动，2017年全国汽车标准

0215jiejie | 发布于：2022-12-01 0评论 0赞

苹果推出搭载M2芯片的新款iPad Pro 799美元起售

据苹果官网，苹果推出搭载M2芯片的新款iPadPro。 11英寸wifi版起售价为799美元，wifi+蜂窝网络版起售价为999美元；12.9英寸wifi版起售价为1099美元，wifi+蜂窝网络版起售价为1299美元。

0215jiejie | 发布于：2022-10-19 0评论 0赞

新能源汽车领衔 “中国智造”加速登陆欧洲市场

全球五大车展之一巴黎车展时隔四年再度启幕。在这场被视为“全球汽车行业风向标”的盛会上，国内外汽车品牌云集，长城汽车、比亚迪等再次领衔中国汽车出海。长城汽车欧洲区域总裁孟祥军表示：“欧洲是长城汽车最重要的海外市场之一，巴黎车展是长城汽车向欧洲市场展示GWM品牌和产品的最佳机会。长城汽车正在研究汽车行业碳排放的整个生命周期，到2025年，将推出50多款新能源产品，全力支持可再生能源使用，为全球用户

0215jiejie | 发布于：2022-10-19 0评论 0赞

严监管时代来临，电子烟“通配”大战走向何方？

针对通配烟弹厂商的一系列诉讼的结果，将对生产通配烟弹的品牌未来在电子烟行业的发展产生深远影响。 10月1日，《电子烟强制性国家标准》正式实施，中国电子烟监管全面生效。而在电子烟行业进入规范化、法治化阶段前夕，一场围绕着通配烟弹的争论在行业里发酵。 “通配”是电子烟从业者约定俗成的概念。换弹式电子烟由烟杆和烟弹组成，“通配”烟弹指的是非品牌商生产、可与品牌烟杆匹配使用的烟弹。多位业内人士表示，被

0215jiejie | 发布于：2022-10-19 0评论 0赞

Bourns 全新大功率分流电阻器

采用金属感应引脚，专用于大电流应用中进行精确测量全新分流电阻器专为电池管理系统、大电流工业控制和电动汽车充电站提供高可靠性、高成本效益的解决方案美国柏恩Bourns全球知名电子组件领导制造供货商，宣布新增12款CSM2F系列功率分流电阻器，扩展其产品组合。全新系列采用铆接通孔金属传感引脚，可满足大电流应用中对电压测试点精确定位日益增长的需求。最新型Bourns?CSM2F系列分流电阻器

0215jiejie | 发布于：2022-10-18 0评论 0赞

请尊重元宇宙“这个筐”

元宇宙是个筐，啥都往里装，但区别在于有的像聚宝盆，有的像垃圾桶。国庆假期刚结束，中青宝“90后”董事长李逸伦便亲自上阵，玩起了元宇宙婚礼。靠着老板首秀和代言，中青宝顺势推出“MetaLove元囍”App，正式进军元宇宙婚礼赛道。就产品而言，如同其他元宇宙产品，李逸伦的元宇宙婚礼“新奇与吐槽齐飞”：有人说是有趣的尝试，有人则认为像QQ炫舞结婚系统。要知道，QQ炫舞是一款推出了十余年的老游戏。

0215jiejie | 发布于：2022-10-13 0评论 0赞

边缘计算：突围商业模式痛点

截至8月末，中国5G基站总数达210.2万个，中国5G发展已经进入下半场。随着5G加速融入千行百业，互动直播、vCDN、安防监控等场景率先大规模落地，车联网、云游戏、工业互联网、智慧园区、智慧物流等场景也快速走向成熟，这些更大流量、更低时延、更高性能的场景涌现，对边缘计算的刚性需求势必爆发。 GrandViewResearch预测，即使在新型冠状病毒肺炎疫情肆虐全球的背景下，边缘计算和5G网络市

0215jiejie | 发布于：2022-10-13 0评论 0赞

商务部回应美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”

商务部新闻发言人10日就美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”应询答记者问。有记者问：近日，美国商务部在半导体制造和先进计算等领域对华升级出口管制措施。同时，在将9家中国实体移出“未经验证清单”过程中，又将31家中国实体列入，请问中方对此有何回应？对此，商务部新闻发言人回应称，中方注意到相关情况。首先，通过中美双方前一阶段共同努力，9家中国实体zui终

0215jiejie | 发布于：2022-10-13 0评论 0赞

TCL华星官宣与奔驰合作：推出全球首款横贯A柱的车载显示屏

今年1月，奔驰带来了VISIONEQSS概念车，其中控台采用了一块完全无缝的47.5英寸曲面显示屏，横贯整个A柱，令人印象深刻。今天，TCL华星正式官宣与奔驰达成合作，并认领了VISIONEQSS上这块全球首款横贯整个A柱曲面的车载显示屏。根据TCL介绍，这款显示屏采用了完全无缝的超薄一体化设计，将仪表盘、中控与副驾娱乐显示融为一体，并能够与3D实时导航系统相辅相成。同时，这块显示屏还采用

0215jiejie | 发布于：2022-10-12 0评论 0赞

半导体板块暴跌谁最受伤

国庆假期后首日开盘，上证综指时隔5个月再次失守3000点，与此同时，半导体板块也再度走低，其中，北方华创、雅克科技等个股跌停。10月11日早盘期间，半导体板块持续下挫，北方华创、雅克科技再度跌停。截至下午收盘，北方华创、雅克科技维持跌停状态，华海清科、拓荆科技-U、盛美上海、清溢光电、海光信息的跌幅则超10%。同日，半导体板块中的119只个股中超五成呈现下跌趋势。在半导体板块遭遇下挫的同时，北

0215jiejie | 发布于：2022-10-12 0评论 0赞

unionblog

关注